朱立波
（身份证号码：3306211989xxxx3817）
摘要：我省高速公路沿线收费管养服务设施目前在建筑节能、供配电方面能耗较大。因此在高速公路沿线收费管养服务设施建筑设计中研究太阳能发电技术的应用，具有非常重要的意义，根据当地的气象资料合理配置太阳能光伏板的装机容量，即可控制工程总投资额，又可保证供配电系统安全可靠的运行。通过研究为太阳能光伏发电系统在我省其他高速公路管养设施中的应用提供依据及技术支持。
关键词：太阳能光伏发电系统；装机容量配置
1.引言
高速公路沿线管养服务设施一般地处城市以外的山区、戈壁、沙漠、旱区、寒区、林区等特殊领域环境，气候条件复杂多样，而且其建筑设计规模小、造型较复杂、综合性强、体型系数和窗墙比偏大，能耗较大，从而造成后期营运费用过高。尤其对我省高速公路沿线收费管养服务设施而言，目前在建筑节能、供配电方面能耗较大。因此在高速公路沿线收费管养服务设施建筑设计中研究及探索清洁能源的应用，加强新型节能技术的研究应用和推广，具有非常重要的现实意义。我省属于西部经济欠发达地区，又是太阳能资源丰富的区域，应加强集热、蓄热、导热、太阳能光伏发电等技术的推广应用。太阳能光伏发电可直接将太阳光转换成电能，是一种不需燃料、没有污染获取电能的高新技术，是太阳能众多利用方式中最重要、最具应用前景的技术之一。本文以我省高速公路某收费站为项目依托，对太阳能光伏发电系统装机容量的计算方法进行了研究。
2. 太阳能光伏发电系统原理及构成
太阳能光伏电池表面有一层金属薄膜似的半导体薄片，当太阳光照射到电池表面时，薄片的另一侧将和金属薄膜之间产生一定的电压，这一现象称为光伏效应，太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池的光生伏打效应原理，将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统。通常一套基本的太阳能光伏发电系统一般包括太阳能电池板、控制器、逆变器、交流配电柜、蓄电池组等。
3. 太阳能光伏发电系统的分类
太阳能光伏发电系统根据配置方法及应用场所的不同的具有不同的分类方法。根据与市电电网的关系，分为离网式发电系统、并网式发电系统及混合型的光伏发电系统。离网式发电系统一般配置蓄电池组，作为系统储能装置，当白天太阳能资源充足时，对电池进行充电，当夜间或连续阴雨天太阳能资源匮乏时，由蓄电池组经逆变装置对负载进行供电。并网式发电系统一般不配置储能环节，当日照充足时，光伏发电系统多余电量可直接输向电网，当光伏发电系统发电量不足时，由电力电网向负载补充电能。混合型光伏发电系统配置有蓄电池储能装置，并设置有与市电自动切换装置，当太阳能资源充足且满足负载用电量的前提下，对蓄电池组进行充电，当夜间或连续阴雨天时，首先由蓄电池组对负载进行供电，当蓄电池电量不足时，系统自动切换至市电电网，由电力电网对负载进行持续供电，该系统相比较离网系统可减小储能环节的配置容量，相比较并网式发电系统可节省并网逆变控制器的配置。
4. 太阳能光伏发电系统装机容量的配置方法
太阳能光伏发电系统应用中的首要问题是太阳能电池板装机容量的配置问题，根据当地的气象资料合理配置太阳能光伏板的装机容量，即可控制工程总投资额，又可保证供配电系统安全可靠的运行。本文以我省高速公路某收费站为依托，通过实际工程验证，为太阳能光伏发电系统在我省其他高速公路管养设施中的应用提供依据及技术支持。
此次研究中采用了两种计算方法进行复核计算，计算方法如下：
（1）根据当地气象局资料，获取项目所在区域的平均日照时数及连续阴雨天、最佳倾斜角等计算数据。该数据可根据美国航空航天局卫星监测资料，通过专业资质厂家光伏计算管理软件分析得出。
（2）根据蓄电池充满时间及日耗电量计算装机容量
在电池正常给负载供电的情况下，根据运行经验及相关的设计资料，需要在蓄电池充满时间内的发电余量供给负载在连续阴雨天时间内的使用，同时考虑控制器、电池、逆变器的损耗等，则需要装机系统每天的发电量Ac及所需系统装机容量Ae分别为：
（其中Ac：太阳能电池板每天的发电量；Pe：建筑计算负荷；Ht：每个工作日工作时间；Mt：蓄电池充满时间；Kz：控制器、电池、逆变器的损耗；NL：最长连续阴雨天数；Ad：负载日平均耗电量；Hf：平均日照时数；Ae：装机容量）。
（3）根据光伏电站系统总效率计算装机容量根据最佳倾角、平均日照时数，可只系统所需装机容量为：
（其中Ad：负载日平均耗电量；Ae：装机容量；K：发电站系统的总效率；Hf：平均日照时数；Ks：安全系数）。
根据专业资质厂家运行经验：光伏发电站系统的总效率为：
（其中Kd：太阳电池阵列面灰尘遮挡损失；Kt：太阳电池温度损失；Kc：太阳电池组件组合、二极管及接线损失；Kp：蓄电池组过充保护损失；Kb：蓄电池组充、放电效率；Ki：逆变器效率；Kl：线路损失）。
本工程以我省高速公路某收费站为项目依托，根据当地气象资料、依据蓄电池充满时间及日耗电量计算装机容量时控制器、电池、逆变器的损耗系数Kz取值0.65，根据光伏电站系统总效率计算装机容量安全系数取值1.4～1.5，发电站系统的总效率取值为0.6。通过详细计算，经两种计算方法比对后，最终确定了太阳能电池板总装机容量，根据项目后期运营情况，太阳能光伏发电系统基本能满足负载的用电量需求，储能环节亦能满足连续阴雨天的应用需求，验证了本计算方法的可行性。
5、结论
本文通过对太阳能光伏发电系统的深入研究，提出了根据蓄电池充满时间及日耗电量计算装机容量和根据光伏电站系统总效率计算装机容量两种太阳能光伏电池板装机容量的计算方法，并通过实际工程检验，验证了该计算方法的可行性，为太阳能光伏发电系统在我省高速公路管养设施中的应用提供了切实可行的计算方法，通过研究将会在前期减少不必要的投资，在后期的运营中，不仅适用简便，降低运营费用，而且在实现节能减排目标上具有非常大的意义。体现了“绿色、环保、高效”的交通运输发展理念。树立了交通行业节能形象，为宣传和示范交通行业节能起到良好的效果。
参考文献：
[1] 孔娟.太阳能光伏发电系统的研究[D].青岛大学. 2006
[2] 张峰.太阳能光伏发电控制系统的研究与实现[D].华北电力大学. 2009.
[3] 朱伟钢，林燕梅，周蕾.太阳能光伏发电在中国的应用[J].现代电力.2007
论文作者:朱立波
论文发表刊物:《河南电力》2018年10期
论文发表时间:2018/11/16
标签：太阳能论文; 光伏论文; 系统论文; 装机容量论文; 蓄电池论文; 负载论文; 高速公路论文; 《河南电力》2018年10期论文;